单层硅烯的电子结构和输运性质的研究

项目名称： 单层硅烯的电子结构和输运性质的研究

项目编号： No.11304368

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 程鹏

作者单位： 中国科学院物理研究所

项目金额： 30万元

中文摘要： 硅烯是一种全新的单原子层材料，它由硅原子构成，具有类似于石墨烯的蜂窝状结构。大多数在石墨烯中发现的量子效应，都有望在硅烯中获得相应的体现。硅烯体系还具备石墨烯所没有的一些特质，例如量子自旋霍尔效应等。同时，硅烯材料可以与现有的硅基半导体工业完美兼容，因此可以预期硅烯在将来有着十分广泛的应用前景。这种新奇的材料在实验上已经被成功制备出，并被证实具有与石墨烯类似的Dirac型电子结构。本项目意图基于已有的实验基础，继续探索硅烯独特的电子结构，从深度和广度上不断推进对硅烯基本物性的研究，其中包括： 1. 利用扫描隧道显微镜对低温强磁场下的硅烯系统进行研究； 2. 利用四探针扫描隧道显微系统在超高真空内原位研究硅烯的Dirac型载流子的电输运性质；3. 在充分理解硅烯的形成机制和电子结构的基础上，探索新的生长模式，为下一阶段输运性质的测量做准备，逐步开发其在新型量子器件和自旋电子器件上应用的可能。

中文关键词： 硅烯；硼烯；锗烯；扫描隧道显微镜；二维材料

英文摘要： The silicon version of graphene in which Si atoms replace C atoms in a two-dimensional honeycomb lattice is named silicene. Theoretical calculations show that silicene also has graphene-like electronic band structure, supporting charge carriers behaving as massless Dirac fermions. Compared with graphene, silicene has a larger spin-orbit coupling strength, which may lead to a larger energy gap at the Dirac point and favor a detectable quantum spin Hall effect. Easy preparation and compatibility with silicon-based nanotechnology make silicene particularly interesting for applications like quantum spin Hall effect devices. Silicene does not exist in nature but has been successfully fabricated on metal Ag(111) recently. Experiments reveal similarities between silicene and graphene: honeycomb structure, linear dispersion of the electron band, as well as high Fermi velocity (10^6m/s). Based on these results, many further interesting studies may proceed. This project aims to reveal more fascinating properties of silicene and will give 3 specific proposals: (1)study the unique electronic behaviors of silicene under high magnetic field by utilizing Scanning Tunneling Microscopy, such as the Landau quantization and the superconductivity-like behavior; (2)investigate electrical resistivity of the Dirac-type electrons by u

英文关键词： silicene；germanene；borophene；scanning tunneling spectroscopy；2D materials